Un gruppo internazionale di ricercatori, tra cui scienziati di Skoltech, ha inventato un nuovo metodo per la generazione di intense radiazioni di raggi X e gamma basato sulla diffusione Compton non lineare. I loro risultati sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica .

L'effetto Compton è simile al tennis; un elettrone svolge il ruolo della racchetta e un fotone svolge il ruolo della palla. Un fotone riflesso dal rack di elettroni veloce acquisisce energia aggiuntiva. Non può volare ancora più veloce:il limite di velocità lo vieta. Ma può facilmente cambiare la sua lunghezza d'onda. Usando questo semplice gioco, i ricercatori possono trasformare la lunghezza d'onda del fotone in arrivo dalla gamma visibile a raggi X e raggi gamma. Le sorgenti di fotoni duri basate sullo scattering Compton inverso (lineare) sono ampiamente utilizzate, e tipicamente sono costituiti da un acceleratore di elettroni e da un sistema laser. Il vantaggio principale di tali sorgenti è la possibilità di generare una radiazione a banda stretta. In un tale sistema, la lunghezza d'onda è facilmente sintonizzabile modificando l'energia degli elettroni.

Il modo più semplice per aumentare il numero di fotoni di raggi X e gamma generati è aumentare l'intensità del sistema laser. In altre parole, quanto più fitta è la radiazione laser nello spazio (considerando che la diffrazione è piccola), maggiore sarà la diffusione degli eventi tra fotoni laser ed elettroni.

L'aumento della potenza della radiazione laser nello scattering Compton porta a un notevole ampliamento dello spettro. Ciò è dovuto alla leggera pressione, che rallenta gli elettroni. In altre parole, la racchetta da tennis, deviando contemporaneamente tante palline da tennis, è rallentato; quindi, le palle deviate riceveranno meno energia. Il problema è che la radiazione laser potente non è continua, ma piuttosto arriva come impulsi nel tempo. L'intensità dei potenti impulsi laser prima cresce lentamente e poi lentamente si estingue. Di conseguenza, la pressione della luce non è uniforme e il rallentamento degli elettroni è diverso nei diversi momenti del tempo, portando a diversa energia dei fotoni riflessi.

Il gruppo scientifico, tra cui il professor Skoltech Sergey Rykovov, ha inventato un nuovo metodo per la generazione di intensi raggi X monoenergetici e radiazioni gamma basati sullo scattering Compton non lineare.

Sergej Rykovov, un professore del Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering di Skoltech, dice, "Tale allargamento della linea spettrale è parassita, poiché vogliamo ottenere una sorgente di fotoni a banda stretta con una lunghezza d'onda ben definita. Abbiamo inventato un metodo molto semplice per rimuovere l'allargamento della linea parassita Compton per intensi impulsi laser e aumentare significativamente il numero di fotoni di raggi X e gamma generati. Per fare questo, bisogna sintonizzare attentamente la frequenza dell'impulso laser (in altre parole, per cinguettarlo) in modo che corrisponda all'intensità dell'impulso laser in ogni momento. Per un effetto ottimale, abbiamo proposto di utilizzare due impulsi laser a cinguettio lineare e opposto che si propagano con un certo ritardo l'uno verso l'altro. Secondo me, la bellezza del nostro lavoro è nella sua semplicità. Ad essere del tutto onesti, siamo rimasti molto sorpresi dal modo in cui tutto ha funzionato semplicemente e senza intoppi."

La nuova invenzione può aumentare significativamente la luminosità delle sorgenti di sincrotrone moderne e future per la ricerca in medicina, fisica nucleare e scienza dei materiali.